魔芋休眠解除过程中脱落酸及生长素相关基因差异性表达研究

关键字:魔芋;休眠;脱落酸;生长素;相关基因

2022-06-15 15:28:02

    

【摘要】魔芋是天南星科魔芋属多年生草本植物,其地下茎营养丰富,尤其富含葡甘露聚糖,被世卫生组织明确为十大保健食品之一。随着人们日常生活水平的提升以及对健康意识的提高,魔芋保健食品愈来愈受青睐,市场呈现供不应求的形式,加之,国家精准扶贫与乡村振兴项目的深度实施,助推了魔芋产业的发展壮大,促进了魔芋种植面积的扩大,据中国魔芋协会统计,全国魔芋种植面积已达 14 万 hm2。采收后的魔芋球茎具有较长的休眠期,长时间的休眠在其他作物中鲜有出现,块茎的休眠期过长,严重影响田间出苗整齐度,导致采收球茎产量高低不 一。为探究魔芋球茎休眠与两种内源激素(脱落酸、生长素)的关系,本研究以珠芽魔芋为材料,分析魔芋球茎内从深度休眠期到萌芽期内源 ABA、IAA 的含量变化,并提取休眠期、萌动期以及萌芽期的球茎 RNA,对比分析不同时期 RNA 变化,以此探究魔芋球茎休眠到萌发过程中激素调控基因的差异表达,为后续研究魔芋休眠向萌发转换的分子机制提供参考,也为休眠功能基因的探究、分子育种实践提供一定的理论基础。

主要研究结果如下:
1、 25 ℃ 为珠芽魔芋萌发最为适宜的贮藏温度,能够促使球茎提前打破休眠,开始芽的生长,同时,25 ℃ 持续处理,球茎在同时段内萌动率超出其他处理至少 25%,能够极大的调整球茎芽萌发的整齐度。
2、脱落酸(ABA)在球茎深度休眠期含量较低,在萌动期前开始上升至最高值 213ng/g,长芽后开始逐步下降,说明 ABA对魔芋球茎休眠的维持具有重要作用;生长素(IAA)在开始长芽后,有比较大的增长,达到最大值 33.8 ng/g,进入萌芽期后球茎 IAA 含量
回落至 28 ng/g,说明适量的 IAA 能促进球茎生根。
3、对不同时期的 3 组魔芋球茎样品的进行测序,得到了大量高质量序列。其中休眠期样品平均获得 44,854,388 条高质量 reads,萌动期样品平均获得 47,118,799 条高质量 reads,萌芽期样品平均获得 42,899,392 条高质量 reads。将三个时期的魔芋样品的 unigenes 序列分别在 NR、GO、KEGG、eggNOG、Swiss-Prot、Pfam 等数据库进行比对。其中在 NR 数据库中成功注释到 91,934 条 unigenes,在 GO 数据库中成功注释到 39,633 条 unigenes,在 KEGG 数据库中成功注释到 49,601 条unigenes,在Pfam 数据库中成功注释到 44,101 条 unigenes,在 eggNOG 数据库中成功注释到84,813 条 unigenes,在 Swissprot 数据库中成功注释到 84,411 条 unigenes。通过三个阶段的转录组比较分析,萌动期相较于休眠期 99 个 unigenes 差异表达;萌芽期相较于休眠期 259 个 unigenes 差异表达;萌芽期相较于萌动期 127 个 unigenes 差异表达,魔芋球茎萌发的过程中有大量差异基因表达,说明魔芋球茎的休眠与解除休眠相关多基因调控。

4、基于魔芋样品转录组结果分析,共检测到 47 个与 ABA 相关的 unigenes,检测到 224 个 IAA 相关的 unigenes。NCED 相关基因以及 ABI3 相关基因在深度休眠期及芽萌动期表达量较高,促进 ABA 合成,使球茎内 ABA 含量处于相对较高的水平;CYP707 相关基因在萌芽期表达量高,促进 ABA 的降解,使得球茎 ABA 在萌芽期下降;ARP 相关基因在球茎休眠期间表达量相对较高,抑制 IAA 的合成,魔芋球茎中IAA 含量处于相对较低的水平;GH3 相关基因在深度休眠期及萌动期表达量较低,而在萌芽期表达量较高,促进 IAA 合成,在萌动期及萌芽期 IAA 含量相对较高。

作者:郑莉 中德金泓